導入
バリオンは素粒子物理学における粒子のカテゴリーであり、最もよく知られている代表的なものは陽子と中性子です。 「バリオン」という用語は、「重い」を意味するギリシャ語のバリスに由来しています。これは、バリオンが一般に他の種類の粒子よりも重いという事実を指します。
特徴
バリオンはハドロン族に属しており、クォークで構成されています。バリオンは 3 つのクォークから構成されます。ハドロンと同様に、バリオンは強い相互作用に敏感です。
バリオンもフェルミ粒子であるため、パウリの排他原理の対象となり、フェルミ・ディラック統計によって記述されます。
バリオンは、3 つの反クォークから構成される独自の反粒子、反バリオンを持っています。
バリオン物質
「バリオン物質」という用語は、（総質量の割合として）主にバリオンで構成される物質を指します。これには原子が含まれ、したがってほぼすべての通常の物質が含まれます。
逆に、非バリオン物質はまさにその対極、つまりバリオンで構成されていない物質です。絶対的な意味では、これにはニュートリノ、光子、電子が含まれますが、この用語は通常、非バリオン暗黒物質、超対称性粒子、アクシオンと構成要素などの「エキゾチック」で非常に推測的な物質を指します。非バリオン暗黒物質はバリオン物質とは大きく異なる挙動を示すため、バリオン物質と非バリオン物質の区別は宇宙論において重要です。特に、 電磁放射と相互作用せず、「黒い」という名前が示すように、実験的に検出するのは困難です。
バリオンの存在自体が宇宙論における古典的な問題です。一般に、ビッグバンでは当初同量のバリオンと反バリオンが生成されたと考えられています。バリオンの数が反粒子の数をわずかに上回ったプロセスは、バリオ発生と呼ばれます。
家族
最も一般的なバリオンは核子、つまり陽子と中性子です。これらとは別に、さまざまなバリオン族 (Δ、Λ、Σ、Ξ、Ω) が観察されています。それらは、それを構成するクォークの種類によって区別されます。
- 核子はuクォークとdクォークの組み合わせで構成されています。陽子は安定であると仮定されます (その寿命は 10 33秒より長い)。中性子の寿命は 886秒です。
- デルタバリオン (Δ ++ 、 Δ + 、 Δ0 、 Δ- ) もuとdクォークの組み合わせで構成され、パイオンと陽子または中性子に崩壊します。
- ラムダバリオン (Λ 0 , Λ; + c ) は、u クォーク、 dクォーク、およびcまたはsクォークで構成されます。 Λ 0の発見は、 sクォークの最初の実験観測でした。
- シグマバリオン (Σ + 、Σ 0 、Σ − ) は、 sクォークと、 u クォークとdクォークの組み合わせで構成されます。
- xi バリオン (Ξ 0 、Ξ – ) は 2 つのsクォークと 1 つのuまたはdクォークで構成されます。 Ξ 0 は、1 つのuクォークと 2 つの s クォークで構成され、Λ 0と中性パイオンに崩壊し、中性パイオン自体は急速に電子と陽電子に崩壊します。これら 2 つの粒子はすぐに互いに消滅し、ガンマ線を生成します。
- オメガバリオン (Ω − 、Ω 0 c ) は、2 つのsクォークと、 uでもdでもない最後のクォークで構成されます。 Ω −バリオンは3 つのsクォークで構成されています。その発見はクォークの研究において成功であり、その質量と崩壊生成物はそれ以前に正しく決定されていました。
少なくとも 1 つの s クォークから構成されるバリオンはハイペロンと呼ばれます。
エキゾチックバリオンは、3 つのクォークと追加の粒子 (クォークの場合もあります) で構成される粒子です。素粒子物理学における最近の実験で観察されたであろうペンタクオークもその 1 つです。これらのペンタクォークは、4 つのクォークと 1 つの反クォークで構成されています。たとえば、Θ(1540) + は2 つのuクォーク、2 つのdクォーク、および 1 つの反 s̄ クォークで構成されます。ペンタクォークの存在については未だに議論の余地がある。
ジェファーソン研究所による最近の実験 (2005 年 4 月) では、ペンタクォークを明らかにするはずでしたが、何も得られなかったため、ペンタクォークの存在に疑問を投げかけているようです [1]。